低溫除濕干化工藝在污水處理廠污泥處置中的可行性研究

陳偉楠，劉天順

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津市 300392）

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)水污染治理力度的加強(qiáng)，城市污水處理規(guī)模不斷增長(zhǎng)，污泥處理量也顯著提高。且我國(guó)污水處理廠普遍存在“重水輕泥”的現(xiàn)象，使得我國(guó)污水處理快速發(fā)展，而污泥處理嚴(yán)重滯后，污泥處理處置缺口巨大[1]。此外，城市的土地資源愈發(fā)緊張，傳統(tǒng)處置法愈發(fā)難以滿足不斷增加的污泥量的處置要求。因此，污泥減量化、資源化、穩(wěn)定化處置已成為我國(guó)城市發(fā)展的重大課題。

基于以上問(wèn)題，環(huán)境保護(hù)部辦公廳于2010年11月26日發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)城鎮(zhèn)污水處理廠污泥污染防治工作的通知》（環(huán)辦[2010] 157號(hào)），要求：“污泥處理處置應(yīng)遵循減量化、穩(wěn)定化、無(wú)害化的原則。污水處理廠新建、改建和擴(kuò)建時(shí)，污泥處理設(shè)施（污泥穩(wěn)定化和脫水設(shè)施）應(yīng)當(dāng)與污水處理設(shè)施同時(shí)規(guī)劃、同時(shí)建設(shè)、同時(shí)投入運(yùn)行。不具備污泥處理能力的現(xiàn)有污水處理廠，應(yīng)當(dāng)在本通知發(fā)布之日起2年內(nèi)建成并運(yùn)行污泥處理設(shè)施。”目前，常用的污泥處置工藝有混合填埋、干化焚燒、土地利用、堆肥等。由于污泥中重金屬等有害物質(zhì)含量較高，堆肥及土地利用往往難以達(dá)到要求；混合填埋存在著污泥未資源化、且造成土地資源浪費(fèi)的問(wèn)題；干化焚燒存在著能耗高、成本高的問(wèn)題[2]。

低溫除濕干化是近年開發(fā)出的污泥處置新工藝，由于其具有能耗低、干化條件易于控制、安全性高的優(yōu)點(diǎn)[3、4]，已逐漸被人們所關(guān)注。本文擬通過(guò)對(duì)比分析及技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，以對(duì)低溫除濕干化工藝在污水處理廠污泥處置中的可行性進(jìn)行研究，并為污泥處置工藝選型提供幫助。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

1.1 工程背景

某市污水處理廠近期處理規(guī)模為30 000 t/d，遠(yuǎn)期處理規(guī)模50 000 t/d。主體污水處理工藝采用“改良A/A/O生物反應(yīng)池＋混合反應(yīng)沉淀池+纖維轉(zhuǎn)盤濾池”，尾水經(jīng)過(guò)二氧化氯消毒后排放。

1.2 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

分析該廠服務(wù)范圍內(nèi)用水大戶及發(fā)展規(guī)劃的調(diào)研，結(jié)合周邊污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)情況，確定該工程設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)，詳見表1所列。

表1 原水水質(zhì)一覽表

按照環(huán)保部門要求，該工程出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)的A標(biāo)準(zhǔn)（見表2）。

表2 出水水質(zhì)一覽表

1.3 污泥處理概況

1.3.1 近期污泥處理量

剩余污泥量：6 400 kg/d（絕干泥），含水率99.2%，折合體積為800 m3/d。

化學(xué)污泥量：627 kg/d（絕干泥），含水率99%，折合體積為62.7 m3/d。

1.3.2 遠(yuǎn)期污泥處理量

剩余污泥量：10 667 kg/d（絕干泥），含水率99.2%，折合體積為1 333.4 m3/d。

化學(xué)污泥量：1 045 kg/d（絕干泥），含水率99%，折合體積為104.5 m3/d。

1.3.3 污泥處置出路

出路一：污泥脫水后含水率≤60%，污泥外運(yùn)填埋處置。

出路二：污泥干化處理后含水率≤50%，外運(yùn)至市垃圾焚燒發(fā)電廠，進(jìn)行焚燒處置。

1.4 工程內(nèi)容

基于上述兩污泥處置出路，通過(guò)對(duì)不同污泥處理工藝的對(duì)比分析，最終確定污水處理廠污泥處理工藝。

2 污泥深度脫水工藝的選擇

2.1 填埋出路的污泥處理工藝

目前，污水處理廠內(nèi)應(yīng)用較多的是帶式壓濾機(jī)、板框壓濾機(jī)和離心脫水機(jī)三種。

板框壓濾機(jī)一般為間歇操作，其設(shè)備大，基建設(shè)備投資較高，不能24 h連續(xù)運(yùn)行，土建費(fèi)用也較高。但該型脫水機(jī)脫水效果好，泥餅含水率在65%～60%以下，運(yùn)輸量較小，可節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用。

帶式壓濾機(jī)具有脫水效率高，能源省，投資省等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用實(shí)例眾多。脫水后泥餅含水率較高，一般為78%～80%。

離心脫水機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，附屬設(shè)備少，在密閉狀況下運(yùn)行，衛(wèi)生條件好，能長(zhǎng)期自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行，費(fèi)用低。但噪音較大，電耗較高。脫水后泥餅含水率一般為70%～75%

基于以上分析，考慮到出路為填埋時(shí)要求出泥含水率達(dá)到60%以下，因此采用板框壓濾機(jī)作為污泥脫水設(shè)備具有一定優(yōu)勢(shì)。

2.2 污泥焚燒處置時(shí)的污泥處理工藝

在處置出路為焚燒時(shí)，污泥需深度脫水至含水率50%以下。目前滿足該要求的工藝主要有傳統(tǒng)污泥干化工藝和污泥低溫干化工藝等。

2.2.1 傳統(tǒng)污泥干化工藝

傳統(tǒng)污泥干化工藝主要是通過(guò)直接或間接加熱的形式，降低污泥含水率。目前主要的干化工藝包括臥式薄層干化工藝、流化床工藝、盤式干燥工藝等。

2.2.2 污泥低溫干化工藝

污泥除濕干化機(jī)的主要原理是利用干燥熱空氣為干燥介質(zhì)，通過(guò)除濕熱泵使污泥中的水份吸收空氣中的熱量汽化至空氣中，從而進(jìn)入冷凝裝置冷卻后排出系統(tǒng)，達(dá)到干燥目的。空氣為對(duì)流干燥的載熱載濕介質(zhì)。

在傳統(tǒng)污泥干化工藝中，臥式薄層干化工藝具有安全性高、能耗較低、尾氣產(chǎn)生量小、對(duì)不同污泥適應(yīng)性強(qiáng)、無(wú)需返混等優(yōu)勢(shì)。因此，擬對(duì)臥式薄層干化工藝和污泥低溫干化工藝作為污泥干化工藝比選方案，其比較如表3所列。

表3 污泥干化工藝對(duì)比表

從表3可以看出，污泥低溫干化工藝設(shè)備費(fèi)用和運(yùn)營(yíng)成本較低，可回收部分能量，能源利用效率高，較傳統(tǒng)污泥干化工藝有明顯優(yōu)勢(shì)。因此，在焚燒出路時(shí)，污泥深度脫水工藝推薦采用污泥低溫干化工藝。

3 污泥深度脫水工藝設(shè)計(jì)

3.1 污泥板框壓濾工藝設(shè)計(jì)

3.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

土建按5.0萬(wàn)m3/d實(shí)施，設(shè)備按3.0萬(wàn)m3/d安裝。

剩余污泥量：6 400 kg/d（絕干泥），含水率：99.2%，折合體積為800 m3/d；化學(xué)污泥量：627 kg/d（絕干泥），含水率：99%，折合體積為62.7 m3/d。

壓濾機(jī)工作周期：≤3.5 h；壓濾機(jī)工作壓力：≤1.5 MPa；工作時(shí)間：16 h/d；脫水泥餅含水率：≤60%；調(diào)理藥劑：FeCl3+CaO。

3.1.2 工藝流程

工藝流程為帶式濃縮——污泥調(diào)理——板框脫水——填埋，具體詳見圖1所示。

圖1 工藝流程圖一

3.1.3 構(gòu)、建筑物（見表4）

表4 構(gòu)、建筑物一覽表（一）

3.1.4 主要設(shè)備

（1）帶式濃縮機(jī)：2臺(tái)（近期1用1備）；設(shè)備參數(shù)：Q=50 m3/h，P=3 kW。

（2）板框壓濾機(jī)：2臺(tái)（近期1用1備）；設(shè)備參數(shù)：處理量9 t干泥/d，P=13 kW。

（3）石灰加藥裝置系統(tǒng)：1臺(tái)；設(shè)備參數(shù)：V=20m3，P=13 kW。

3.2 污泥低溫除濕干化工藝設(shè)計(jì)

3.2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

土建按5.0萬(wàn)m3/d實(shí)施，設(shè)備按3.0萬(wàn)m3/d安裝。

剩余污泥量：同板框壓濾機(jī)方案。

工作時(shí)間：24 h連續(xù)運(yùn)行；泥餅含水率：≤50%。

3.2.2 工藝流程

自然災(zāi)害突發(fā)事件：自然災(zāi)害是指給人類生存帶來(lái)危害或損害人類生活環(huán)境的自然現(xiàn)象。例如：火災(zāi)、地震、海嘯、泥石流等的自然災(zāi)害，自然災(zāi)害突發(fā)狀況有部分是可提前預(yù)知的，有部分為提前不可預(yù)知。旅游類志愿者在培訓(xùn)中也應(yīng)該有所學(xué)習(xí)，在面臨自然災(zāi)害突發(fā)事件時(shí)如何引導(dǎo)、解決與處理。

工藝流程為疊螺脫水機(jī)——低溫除濕干化——焚燒，具體詳見圖2所示。

圖2 工藝流程圖二

3.2.3 構(gòu)、建筑物（見表5）

表5 構(gòu)、建筑物一覽表（二）

3.2.4 主要設(shè)備

（1）疊螺脫水機(jī)：2臺(tái)；設(shè)備參數(shù)：處理量5 t/d，P=6.75 kW。

（2）板框壓濾機(jī)：2臺(tái)（近期1用1備）；設(shè)備參數(shù)：處理量5 t/d，P=6.75 kW。

（3）石灰加藥裝置系統(tǒng)：1臺(tái)；設(shè)備參數(shù)：V=20 m3，P=13 kW。

4 污泥深度脫水工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

4.1 板框壓濾工藝投資及運(yùn)行成本分析

根據(jù)污泥板框壓濾工藝設(shè)計(jì)，對(duì)其投資及運(yùn)行成本進(jìn)行分析，結(jié)果如下。

表6 板框壓濾工藝投資一覽表

4.1.2 成本（見表7）

表7 板框壓濾工藝成本一覽表

4.2 低溫除濕干化工藝投資及運(yùn)行成本分析

根據(jù)污泥低溫除濕干化工藝，對(duì)其投資及運(yùn)行成本進(jìn)行分析，結(jié)果如下。

4.2.1 投資（見表8）

表8 低溫干化工藝投資一覽表

4.2.2 成本（見表9）

表9 低溫干化工藝成本一覽表

4.2.3 焚燒發(fā)電收益

采用低溫除濕干化后的污泥運(yùn)送至市垃圾焚燒發(fā)電廠進(jìn)行焚燒處理。根據(jù)污泥相關(guān)參數(shù)初步核算，其發(fā)電量約2 822.40 kW·h，發(fā)電收益按0.5元/kW·h計(jì)算，則其收益為1 411.20元/d。

綜上所述，污泥低溫除濕干化工藝較板框壓濾工藝的投資及成本均稍高。但板框壓濾工藝處理后污泥中混有大量石灰等藥劑，無(wú)法進(jìn)一步資源化利用，而低溫除濕干化工藝的出泥經(jīng)焚燒發(fā)電后可產(chǎn)生一定收益。因此，低溫除濕干化工藝在技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面具有一定優(yōu)勢(shì)，也更加符合國(guó)家政策要求。

5 結(jié) 論

（1）污泥低溫除濕干化工藝響應(yīng)了國(guó)家對(duì)污泥處理減量化、穩(wěn)定化、資源化的政策要求，是一種適用于污水處理廠污泥處理的新工藝。

（2）在有條件對(duì)污泥進(jìn)行焚燒發(fā)電處置時(shí)，低溫除濕干化工藝的出泥經(jīng)焚燒發(fā)電后可產(chǎn)生一定收益，因此低溫除濕干化工藝在技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面較傳統(tǒng)板框壓濾工藝具有一定優(yōu)勢(shì)。